Tugas Elektronika Komunikasi
OSILATOR HARTLEY Untuk memenuhi tugas mata kuliah Elektronika Komunikasi K omunikasi
ANDRIAS PRATAMA
(115070013) (115070013)
RALLY RACHMAN
(115070055) (115070055)
NUR ADIYAT FATHA HUSEIN
(115070056) (115070056)
MANOTO JF MANALU
(115070064) (115070064)
I PUTU PUT U SADHU SADH U
(115070072)
FAKULTAS ELEKTRO DAN KOMUNIKASI INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM BANDUNG 2011
B B PE . .
P
L
i
Osilator adalah suatu alat yang merupakan gabungan elemen-elemen aktif dan pasif untuk menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau bentuk gelombang periodik lainnya. Suatu osilator memberikan tegangan keluaran dari suatu bentuk gelombang yang diketahui tanpa penggunaan sinyal masuk dari luar. Osilator mengubah daya arus searah (dc) dari catu daya ke daya arus bolak-balik (ac) dalam beban. Dengan demikian fungsi osilator berlawanan dengan penyearah yang mengubah daya searah ke daya bolak-balik. Suatu osilator dapat membangkitkan bentuk gelombang pada suatu frekuensi dalam batas beberapa siklus tiap jam sampai beberapa ratus juta siklus tiap detik. Osilator dapat hampir secara murni menghasilkan gelombang sinusoidal dengan frekuensi tetap, ataupun gelombang yang hanya dengan harmonic. Osilator umumnya digunakan dalam pemancar dan penerima radio dan televisi, dalam radar dan dalam berbagai sistem komunikasi.
1. .
Jeni jeni
il
Osilator dapat diklasifikasikan dalam berbagai cara. Tergantung dar bentuk gelombang yang dibangkitkan, osilator dapat dibagi menjadi dua kategori : osilator sinusoidal
atau
osilator
harmonic
dan
osilator
relaksasi.
Osilator
sinusoidal
menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau mendekati sinusoidal pada frekuensi tertentu. Osilator relaksasi menghasilkan bentuk gelombang bukan sinusoidal seperti gelombang segiempat dan gelombang gigi-gergaji. Osilator dapat pula digolongkan pada alat-alat tertentu yang menghasilkan osilasi. Pada penggolongan ini, osilator dapat merupakan jenis resistansi negatif atau jenis umpan balik. Osilator resistansi negatif menggunakan alat aktif yang memproses lengkung karakteristik arus tegangan dengan kemiringan negatif dalam daerah operasinya. Dioda kanal merupakan alat resistansi negatif yang digunakan dalam resistor. Osilator umpan-balik sebaliknya, mempunyai penguat umpan-balik regeneratif (positif), dimana perolehan lingkar juga diatur sedemikian sehingga perolehan keseluruhan menjadi tidak terhingga.
Baik
osilator sinusoidal maupun osilator relaksaasi dapat merupakan jenis resistansi
negatif dan jenis umpan-balik. Osilator sinusoidal jenis umpan-balik dapat digolongkan lebih lanjut menjadi osilator LC (indktor-kapasitor) dan RC (tahanan kapasitor). Osilator sinusoidal kadang-kadang digolongkan menurut frekuensi sinyal yang dihasilkan. Jadi osilator yang membangkitkan sinyal dalam daerah frekuensi audio dikenal sebagai osilator frekuensi audio. Demikian pula, osilator yang menghasilkan sinyal-sinyal daerah frekuensi radio dinamakan osilator frekuensi radio, dan seterusnya. Klasifikasi
osilator
didasarkan
pada
daerah
frekuensi
yang
dihasilkan.
Osilator Frekuensi Audio (AF) beberapa hz -20 KHz Osilator Frekuensi R adio (R F) 20 KHz - 30MHz Osilator Frekuensi Sangat Tinggi (VHF) 30MHz - 300MHz Osilator Frekuensi Ultra Tinggi (UHF) 300MHz - 3GHz Osilator Gelombang Mikro 3 GHz -
1. .1. Osil
Beberapa
GHz
[2]
Harmonisa
Osilator harmonisa menghasilkan bentuk gelombang sinusoida. Osilator harmonisa disebut juga dengan Osilator Linear.
Bentuk
dasar osilator harmonisa
terdiri dari sebuah penguat dan sebuah filter yang membentuk umpan balik positif yang menentukan frekuensi output. Prinsip osilator ini dimulai dengan adanya noise/desah saat pertama kali power dinyalakan. Noise/desah ini kemudian dimasukkan kembali ke input penguat dengan melalui filter tertentu. Karena hal ini terjadi berulang-ulang, maka sinyal noise akan menjadi semakin besar dan membentuk periode tertentu sesuai dengan jaringan filter yang dipasang. Periode inilah yang kemudian menjadi nilai frekuensi sebuah osilator. Jenis-jenis Osilator Harmonisa/Sinus: y
Osilator Amstrong
y
Osilator Hartley
y
Osilator Colpits
y
Osilator Clapp
y
Osilator Pergeseran Fasa
y
Osilator Kristal
y
Osilator Wien-Bridge
1.2.2. Osilator R elaksas i
Osilator R elaksasi adalah osilator yang memanfaatkan prinsip saklar secara terus menerus dengan periode tertentu yang menentukan frekuensi output. Osilator relaksasi menghasilkan beberapa bentuk gelombang non sinus, yaitu : Gelombang kotak, segitiga, pulsa dan gigi gergaji. Osilator relaksasi sederhana adalah sebuah multivibrator / flip-flop. Prinsipnya adalah mensaklar tagangan supply dengan sebuah komponen transistor atau FET. Osilator relaksasi juga ada yang menggunakan I C, yang terkenal adalah dengan IC 555. 1.2.3. L-C Osilator
Osilator ini terdiri dari sebuah kapasitor dan kumparan yang dihubungkan secara paralel. Untuk memahami bagaimana osilator L C bekerja, mari kita mulai dengan dasar. Misalkan sebuah kapasitor dibebankan oleh baterai. Setelah kapasitor dibebankan, satu plat dari kapasitor memiliki elektron lebih dari plat lain, sehingga kapasitor mengalami proses pengisian. Sekarang, ketika dibuang melalui kawat, kembali elektron ke lempeng postive, sehi ngga membuat lempeng kapasitor itu netral, atau habis. Namun, tindakan ini bekerja secara berbeda ketika Anda mendischarge kapasitor melalui sebuah kumparan. Ketika saat ini diterapkan melalui koil, medan magnet yang dihasilkan sekitar kumparan. Medan magnet ini menghasilkan tegangan kumparan yang menentang arah aliran elektron. Karena itu, kapasitor tidak membebaskan segera. Semakin kecil kumparan, semakin cepat pengosongan kapasitor. Sekarang bagian yang menarik terjadi. Setelah kapasitor sepenuhnya habis melalui kumparan, medan magnet mulai hilang di sekitar kumparan. Tegangan terinduksi dari kapasitor menghilangkan medan magnet pada kumparan. Kemudian kapasitor mulai melakukan pengisian melalui koil lagi, menghasilkan medan magnet. Proses ini berlanjut sampai kapasitor benar-benar habis karena perlawanan.
Secara teknis sirkuit LC dasar ini menghasilkan gelombang sinus yang kehilangan tegangan dalam setiap siklus. Untuk mengatasi hal ini, tegangan tambahan diterapkan untuk menjaga osilator dari kehilangan tegangan. Namun, untuk menjaga osilator ini berjalan dengan baik, sebuah metode switching dapat digunakan. Sebuah tabung vakum (atau yang setara solid-negara seperti FET) dapat digunakan untuk menjaga agar sirkuit LC dapat terus berosilasi. Keuntungan menggunakan sebuah tabung vakum adalah bahwa mereka dapat berosilasi pada frekuensi tertentu seperti seribu siklus per detik. Ada beberapa jenis osilator L C. Sedikit off subjek; satu yang terkenal dan osilator menghibur dikenal sebagai kumparan tesla, yang menggunakan rangkaian LC yang unik dengan menggunakan spark gap untuk berosilasi. 1.2.4. R -C Osilator
Osilator ini menggunakan tahanan dan kapasitor sebagai penentu frekuensinya. Osilator ini sangat mudah untuk dibangun namun memiliki ketelitian frekuensi yang rendah. R angkaian osilator RC yang paling sederhana dapat dibangun dengan menggunakan satu gerbang seperti yang diperlihatkan pada Gambar
Gambar R angkaian osilator RC dengan inverter
Inverter yang digunakan adalah inverter yang dilengkapi dengan Schmitt Trigger. Fungsi Schmitt Trigger disini adalah untuk mempercepat transisi tegangan keluaran dan memberi efek hysteresis pada tegangan masukan. Efek hysteresis ini dapat dilihat pada Gambar
Gambar Efek hysteresis pada inverter
Dari Gambar terlihat bahwa keluaran baru akan turun jika masukan melampaui V2, yaitu ambang tegangan atas (upper threshold ). Selanjutnya jika tegangan masukan diturunkan maka keluaran baru akan naik jika masukan lebih rendah dari V1, yaitu ambang tegangan bawah (lower threshold ). Pada awalnya kapasitor belum bermuatan sehingga tegangan jepitnya adalah nol. Pada saat catu daya dinyalakan maka tegangan masukan inverter adalah rendah sehingga keluarannya tinggi. Oleh karena itu arus akan mengalir dari keluaran menuju ke kapasitor C melalui tahanan R . Arus ini akan mengisi kapasitor sehingga tegangan jepitnya akan naik perlahan-lahan secara eksponensial. Pada saat tegangan masukan melampaui V2 maka keluaran akan turun dengan cepat. Karena saat ini tegangan keluaran < tegangan kapasitor maka arus akan mengalir dari kapasitor menuju ke keluaran inverter sehingga kapasitor akan mengalami proses pengosongan. Karena mengalami pengosongan maka tegangan kapasitor akan turun secara perlahan sampai melampui V1, saat mana keluaran inverter akan kembali naik dan kapasitor akan mengalami proses pengisian. Hal ini akan terus berulang sehingga keluaran akan turun dan naik secara beraturan. Hubungan antara tegangan masukan dan keluaran inverter diperlihatkan pada gambar di bawah.
Gambar Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran inverter
Frekuensi dar i osilator ini ditentukan oleh tahanan R, kapasitor C dan i pedansi masukan dar i inver ter yang digunakan. Secara umum dapat dikatakan bahwa frekuensi keluaran adalah : f=kxRxC
dimana k adalah konstanta yang harus dicar i dengan eksper imen. Gerbang TTL yang dapat digunakan pada osilator ini antara lain ialah SN7414 (Hex Schmitt Tr igger Inver t er) dan SN7413 (Dual 4-input Schmitt Tr igger NAND Gate). MC40106 dar i keluarga CMOS juga dapat digunakan untuk osilator ini.
1
Prinsip
Dasar Osilator
Dalam suatu osilator, suatu resistansi negatif di ber ikan untuk kompensasi kehilangankehilangan (kebocoran) dalam rangkaian. Dalam osilator umpan-balik, umpan-balik positif dar i luar cukup untuk membuat perolehan keseluruhan men jadi tidak terhingga dan member ikan resistansi negatif yang di per lukan untuk menanggulangi peredaman alami dar i osilator. Dalam osilator resistansi negatif ter jadi umpan-balik positif dalam dan berperan menghasilkan resistansi negatif yang di per lukan. Dalam suatu osilator tidak ada sinyal yang di ber ikan dar i luar. Sinyal awal untuk menyulut (tr igger) osilasi biasanya di ber ikan oleh tegangan derau. Tegangan derau muncu l sewak tu catu daya dihidupkan. Karena spek trum frekuensi derau sangat lebar, osilator selalu memilik i tegangan komponen pada frekuensi yang benar untuk beker janya osilator.
1
Blok Diagram Osilator
B B II OSIL TOR HAR TLE
2.1 Pengertian Osilator Hartley adalah sebuah osilator L_ C yang menggunakan induktor dan kapasitor secara paralel untuk menentukan frekuensi. Osilator Hartley diciptakan pada tahun 1915 oleh insinyur Amerika R alph Hartley. Osilator hartley merupakan jenis osilator paling tua dan paling populer. Fitur yang membedakan dari Osilator Hartley adalah umpan balik yang diperlukan untuk osilasi diambil dari persimpangan dua kumparan yang dipasang secara seri. Kelemahan utama dalam suatu rangkaian osilator LC adalah rangkaian tersebut tidak memiliki alat yang mampu untuk mengatur/mengendalikan nilai amplitudo osilasinya dan juga sulit untuk mengatur nilai frekuensinya sesuai dengan kebutuhan kita. Apabila kopling elektromagnetik kumulatif antara L1 dan L2 pada gambar rangkaian L-C di bawah terlalu kecil maka akan menyebabkan umpan balik yang terlalu kecil sehingga menyebabkan osilasi menjadi berhenti atau amplitudonya akan menjadi nol. Demikian juga bila umpan baliknya terlalu besar, maka amplitude osilasinya akan terus membesar sehingga kita akan sulit mengatur osilasinya.
Gambar rangkaian osilator L-C Namun memungkinkan untuk membuat feedback untuk nilai tegangan yang tepat sehingga terjadi osilasi yang konstan. Jika umpan baliknya lebih besar dari yang dibutuhkan makan amplitude osilasinya dapat diatur dengan memanfaatkan bias a mplifier, sehingga nilai nilai bias amplifiernya dapat meningkat dan penguatan amplifiernya menurun. Sedangkan jika nilai amplitude osilasi menurun, maka bias amplifiernya akan
menurun dan penguatan amplifiernya akan meningkat, hal ini akan membuat umpanbalik (feedbacknya) akan meningkat. Sehingga nilai amplitudoosilasinya akan tetap. Cara ini disebut dengan Automatic
Base Bias.
Salah satu keuntungan menggunakan automatic base bias pada pengaturan tegangan suatu osilator adalah osilator tersebut dapat menjadi lebih efisien dengan menghasilkan bias kelas
B
atau bahkan bias kelas C dari sebuah transistor. Ini akan menguntungkan
karena arus kolektor hanya mengalir saat siklus osilasi, sehingga arus collector akan sangat kecil. Jadi rangkaian ³self-tuning´ base osilator ini adalah salah satu konfigurasi rangkaian osilator resonansi feedback parallel L- C yang dikenal dengan rangkaian Osilator Hartley. Dalam rangkaian Osilator Hartley, rangkaian L- C dihubungkan diantara kolektor dan basis dari transistor penguat. Untuk menjaga nilai tegangan osilasinya maka kaki emitor dihubungkan dengan kumparan yang ter-tap. Umpan balik rangkaian diambil dari inductor yang dipasang pertengahan induktor ter-tap,atau dari koil terpisah yang dipasang seri dan diparalelkan dengan kapasitor seperti gambar di bawah.
R angkaian Osilator Hartley ini sering disebut sebagai rankaian inductor terpisah karena kumparan L di tap pada pertengahannya. Sehingga indukatansi L bekerja seperti 2 buah kumparan terpisah. Oleh karena itu sebuah osilator Hartley dapat dirancang dengan menggunakan sepasang kumparan seri yang diparalel dengan kapasitor.
2.2. Rangkaian Osilator Hartley Dasar
[4]
Ketika sirkuit yang berosilasi, tegangan pada titik X (kolektor), relatif terhadap titik Y 0
(emitter), adalah berbeda fasa 180 dengan tegangan pada titik Z (dasar) relatif terhadap titik Y. Pada frekuensi osilasi, impedansi beban Kolektor adalah resistif dan peningkatan tegangan
Base
menyebabkan penurunan tegangan Kolektor. Kemudian ada perubahan
o
fasa 180 dalam tegangan antara
Base
dan Kolektor dan bersamaan dengan ini terjadi
o
pergeseran fasa 180 dalam loop umpan balik sehingga menyebabkan hubungan fase yang benar dari umpan balik positif dan menhasilkan osilasi yang dapat dipertahankan. Jumlah umpan balik tergantung pada posisi "titik tap" dari induktor. Jika titik ini mendekat ke kolektor jumlah umpan balik meningkat, namun output diambil antara Kolektor dan ground berkurang dan sebaliknya. R esistor, R 1 dan R 2 memberikan bias stabilisasi DC untuk transistor dengan cara normal sedangkan kapasitor bertindak sebagai DC-blocking kapasitor. Dalam rangkaian Osilator Hartley, arus DC Kolektor mengalir
melalui bagian
kumparan dan untuk alasan ini sirkuit dikatakan "series-fed" dengan frekuensi osilasi dari Hartley Oscillator yang diberikan mirip dengan sebuah auto transformer atau sepasang kumparan seri dihubungkan secara paralel dengan kapasitor tunggal.
BAB III K ESIMP LAN Hartley Oscillator terdiri dari rangkaian resonator LC paralel tangki umpan balik yang dicapai dengan cara suatu pembagi induktif. Seperti kebanyakan sirkuit osilator, osilator Hartley ada dalam beberapa bentuk, dengan bentuk yang paling umum adalah sirkuit transistor di atas dengan rangkaian tangki disetel memiliki kumparan yang mengetuk untuk memberi makan sebagian kecil dari sinyal keluaran kembali ke emitor dari transistor. Karena output dari pemancar transistor selalu "di-fase" dengan output pada kolektor, ini sinyal umpan balik positif. Frekuensi osilasi yang merupakan gelombang sinus tegangan ditentukan oleh frekuensi resonansi dari rangkaian ta ngki.